(57)【要約】  燃焼室内で予混合燃焼領域と主燃焼領域（拡散燃焼領域）とが行われる圧縮自着火式のエンジンにおいて、前記予混合燃焼領域を要求熱量で管理し、その予混合燃焼領域の燃料噴射パターンつまり予混合燃焼領域における第１噴射と第２噴射との燃料噴射量比率を調整することにより、予混合燃焼領域の予混合度合い（予混合燃焼量）を連続的に変化させる。これによってエンジン運転状態に応じた適正な燃焼形態を実現することができ、排気エミッションの改善、エンジントルク確保を図ることができる。
2011118030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁から噴射された燃料が、「予混合燃焼」及びこの「予混合燃焼」の後に開始される「主燃焼」により燃焼室内で燃焼する圧縮自着火式内燃機関の燃焼制御装置において、
前記予混合燃焼領域における燃料噴射形態を調整可能な噴射形態調整手段と、前記予混合燃焼領域の要求熱量は同一として、前記予混合燃焼領域の燃料噴射形態の調整によって予混合燃焼量を増減する燃焼制御手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
前記噴射形態調整手段は、第１噴射と第２噴射とが実行可能であり、前記第１噴射と第２噴射との燃料噴射量比率を変化させることにより、前記予混合燃焼領域の予混合燃焼量を増減するように構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
前記第１噴射と第２噴射との燃料噴射量比率を内燃機関の運転状態に応じて連続的に変化させることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項４】
請求項２または３記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
前記第１噴射の燃料噴射量を大きくしていくとともに、前記第２噴射の燃料噴射量を小さくしていくことによって、前記予混合燃焼領域の予混合燃焼量を増大するように構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項５】
請求項２または３記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
前記第１噴射の燃料噴射量を小さくしていくとともに、前記第２噴射の燃料噴射量を大きくしていくことによって、前記予混合燃焼領域の予混合燃焼量を減少するように構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
前記第１噴射の噴射終了時期及び第２噴射の噴射終了時期をそれぞれ固定し、前記第１噴射の噴射開始時期及び第２噴射の噴射開始時期をそれぞれ調整することにより、当該第１噴射及び第２噴射のそれぞれの燃料噴射量を設定することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
筒内の酸素濃度を調整可能な酸素濃度調整手段を備え、前記筒内酸素濃度を低減した際に、前記予混合燃焼領域の燃焼重心がピストンの圧縮上死点に近接する場合は、前記主燃焼領域の燃料噴射を遅角することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
筒内の着火前圧力を調整可能な圧力調整手段を備え、前記筒内の着火前圧力を低下させた際に、前記予混合燃焼領域の燃焼重心がピストンの圧縮上死点に近接する場合は、前記主燃焼領域の燃料噴射を遅角することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
筒内の酸素濃度を調整可能な酸素濃度調整手段を備え、前記筒内酸素濃度を低減した際に、前記予混合燃焼領内で当該予混合燃焼が完結しない場合は、前記第１噴射及び第２噴射を進角することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項１０】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
筒内の着火前圧力を調整可能な圧力調整手段を備え、前記筒内の着火前圧力を低下させた際に、前記予混合燃焼領内で当該予混合燃焼が完結しない場合は、前記第１噴射及び第２噴射を進角することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項１１】
請求項７または９記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
前記酸素濃度調整手段は、前記内燃機関の排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流装置であって、この排気還流装置によって排気ガスの吸気系への還流量を増大させることにより、前記筒内酸素濃度を低下させるように構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項１２】
請求項８または１０記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
前記圧力調整手段は、吸気系において吸入空気を過給する過給装置であって、この過給装置によって吸入空気量を減少させることにより、筒内の着火前圧力を低下させるように構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項１３】
請求項８または１０記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記圧力調整手段は、吸気系において吸入空気量を調整する吸気絞り弁であって、この吸気絞り弁によって吸入空気量を減少させることにより、筒内の着火前圧力を低下させるように構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
前記過給装置及び吸気絞り弁を備え、前記過給装置による吸入空気量の減少と、前記吸気絞り弁による吸入空気量の減少とを組み合わせて、筒内の着火前圧力を低下させるように構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンに代表される圧縮自着火式の内燃機関の燃焼制御装置に関し、さらに詳しくは、燃焼室内における予混合燃焼の燃焼形態を制御する内燃機関の燃焼制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジン等として使用されるディーゼルエンジンでは、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等に応じて、燃料噴射弁（以下、インジェクタと呼ぶ場合もある）からの燃料噴射タイミングや燃料噴射量を調整することにより燃焼室内での燃焼形態を制御することが行われている。【０００３】
上記ディーゼルエンジンの燃焼は、下記の特許文献１にも開示されているように、主として予混合燃焼と拡散燃焼とにより成り立っている。インジェクタから燃焼室内への燃料噴射が開始されると、まず、燃料の気化拡散により可燃混合気が生成される（着火遅れ期間）。次に、この可燃混合気が燃焼室の数ヶ所でほぼ同時に自己着火し、急速に燃焼が進む（予混合燃焼）。さらに、燃焼室内への燃料噴射が継続され、燃焼が継続的に行われる（拡散燃焼）。その後、燃料噴射が終了した後にも未燃燃料が存在するため、しばらくの間、熱発生が続けられる（後燃え期間）。【０００４】
ところで、ディーゼルエンジンでは、ＮＯｘの発生量及びスモークの発生量を共に抑制することによる排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を連立することが重要である。ＮＯｘの発生量を抑制するものとして、排気ガスの一部を吸気通路に還流させる排気還流（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が知られている（例えば下記の特許文献２を参照）。また、スモークの発生量を抑制するための対策として、エンジンの圧縮行程で副噴射を実行し、この副噴射での燃焼を予混合燃焼とすることで燃焼場での酸素不足の解消を図ることが知られている（例えば下記の特許文献３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１５６５１９号公報
【特許文献２】特開２００４−００３４１５号公報
【特許文献３】特開２００１−１９３５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これまで、ＮＯｘの発生量及びスモークの発生量を共に抑制することを目的として、燃焼室内での燃焼形態を制御することが提案されている（上記特許文献１等）。【０００７】
従来制御において、排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を連立するべく、燃焼室内での適正な燃焼を実現するための手法としては、エンジン回転数やエンジンの要求トルク等といった運転状態毎（エンジン回転数と要求トルクとをパラメータとする運転状態マップの格子点毎）に適正な燃料噴射形態（燃料噴射パターン）の適合を行っている。【０００８】
例えば、エンジン運転状態毎に、実験的に燃料噴射パターンの適合値を試行錯誤で個別に求めていき、これら多数のエンジン運転状態毎に対応した適合値をマップ化することで燃料噴射マップを作成していた。そして、この燃料噴射マップに従って、現在のエンジン運転状態に適した燃料噴射パターンを設定してインジェクタの制御を行っていた。【０００９】
ところが、このようにしてエンジンの多数の運転状態に対する燃料噴射パターンを試行錯誤で作成する手法では、パラメータが多くて依存関係が複雑化するため、例えば多変数入力・多出力の連立方程式を解く必要があって、その解（適合値）が複数存在したり、解不定となる場合があるので、条件を固定して固有解を求めていた。このため、エンジン運転領域の全域に亘って最適な燃料噴射パターンが設定されている保証がない。つまり、ある運転状態（上記適合値が求められていない運転状態）では、燃焼室内での燃焼のうち拡散燃焼の割合が高くなり過ぎることでＮＯｘの発生量が著しく多くなったり、また、ある運転状態では、燃焼室内での燃焼のうち予混合燃焼の割合が高くなり過ぎることで燃焼が不安定になってしまう可能性がある。また、運転過渡時（例えばエンジン負荷の急速な変化時）において燃焼形態の連続性に欠ける場合がある。【００１０】
本発明は、このような実情を考慮してなされたもので、内燃機関の運転状態に応じて適正な燃焼形態を連続的に制御することが可能な内燃機関の燃焼制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、燃焼室内での燃焼形態を予混合燃焼領域と主燃焼領域（拡散燃焼領域）とに分離して考え、その予混合燃焼領域を要求熱量で管理し、当該予混合燃焼領域の燃料噴射形態（燃料噴射パターン）の調整により予混合燃焼量（予混合燃焼度合い）を連続的に変化させることで、排気エミッションの改善、エンジントルク確保を図れるようにしている。【００１２】
−解決手段−
具体的に、本発明は、燃料噴射弁から噴射された燃料が、「予混合燃焼」及びこの「予混合燃焼」の後に開始される「主燃焼」により燃焼室内で燃焼する圧縮自着火式の内燃機関の燃焼制御装置を前提としており、このような内燃機関の燃焼制御装置において、前記予混合燃焼領域における燃料噴射形態を調整可能な噴射形態調整手段と、前記予混合燃焼領域の要求熱量は同一として、前記予混合燃焼領域の燃料噴射形態の調整によって予混合燃焼量を増減する燃焼制御手段とを備えていることを技術的特徴としている。【００１３】
この特定事項により、予混合燃焼領域の燃料噴射形態（燃料噴射パターン）のみをパラメータとして、その燃料噴射パターンを調整することで、予混合燃焼領域の予混合燃焼量（予混合燃焼度合い）を増減することが可能となり、燃焼室内の燃焼状態を連続的に調整することができる。具体的には、予混合燃焼領域の燃料噴射を第１噴射及び第２噴射にて実行可能とし、それら第１噴射と第２噴射との燃料噴射量比率を、内燃機関の運転状態（エンジン運転状態）に応じて変化させることにより予混合燃焼量を連続的に増減するように構成する。【００１４】
こうした構成において、例えば機関回転数（エンジン回転数）が比較的低回転であってエミッション低減を重視する燃焼状態にする場合は、予混合燃焼領域の第１噴射の燃料噴射量を大きくするとともに、第２噴射の燃料噴射量を小さくして予混合燃焼領域の予混合燃焼量（予混合燃焼度合い）を増大させることで、ＮＯｘ発生量及びスモーク発生量を抑制する。【００１５】
一方、例えばエンジン回転数が比較的高回転であってエンジントルク重視の燃焼状態にする場合は、予混合燃焼領域の第１噴射の燃料噴射量を小さくするとともに、第２噴射の燃料噴射量を大きくして予混合燃焼領域の予混合燃焼量を減少（予混合燃焼領域の拡散燃焼度合いを増大）させる。これによって、予混合燃焼領域において予熱機能とトルクアップを実現することができ、エンジントルクを確保することが可能になる。【００１６】
以上のように、本発明では、予混合燃焼領域を要求熱量で管理し、予混合燃焼領域の燃料噴射パターンのみを調整することで、予混合燃焼領域の燃焼形態（予混合燃焼量）を連続的に変化させることが可能であるので、エンジン運転状態に応じた適正な燃焼形態を実現することができ、排気エミッションの改善、エンジントルク確保を図ることができる。【００１７】
本発明において、第１噴射の噴射終了時期及び第２噴射の噴射終了時期をそれぞれ固定し、第１噴射の噴射開始時期及び第２噴射の噴射開始時期をそれぞれ調整することによって、当該第１噴射及び第２噴射のそれぞれの燃料噴射量を設定するように構成する。【００１８】
具体的には、第２噴射の噴射終了時期は、ＴＤＣ（ピストンの圧縮上死点）に近接したタイミング（クランク角度）に固定する。ここで、第２噴射による燃焼が拡散燃焼であることを前提とすれば、第２噴射による燃焼の「着火遅れ最小」と定義することが可能であり、着火遅れが最小であれば、第２噴射の噴射終了時期で燃焼終了時期は一義的に決まるため、第２噴射の噴射終了時期を固定して当該第２噴射の噴射開始時期を進角すれば、予混合燃焼領域の終了時期までに要求熱量（≒予混合燃焼領域の燃料噴射量）を供給することが可能であり、このような点を考慮して第２噴射の噴射終了時期を固定する。この第２噴射の燃料噴射量を増加する場合は噴射開始時期を進角し、逆に、第２噴射の燃料噴射量を減少する場合は噴射開始時期を遅角する。【００１９】
また、第１噴射については、第２噴射による燃焼の着火時期を固定化させるための最小予混合燃焼を実現できるタイミング（クランク角度）に噴射終了時期を固定し、この第１噴射の燃料噴射量を増加する場合は噴射開始時期を進角し、逆に、第１噴射の燃料噴射量を減少する場合は噴射開始時期を遅角する。【００２０】
本発明において、燃料噴射前の筒内ガス状態を調整することにより、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合い（予混合燃焼量）を増大させるようにしてもよい。【００２１】
具体的には、内燃機関の排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流装置によって排気ガスの吸気系への還流量（ＥＧＲ量）を増大させることにより、筒内酸素濃度を低減して予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを増大させようにしてもよい。【００２２】
このようにして筒内酸素濃度を低減した際に、その筒内酸素濃度の低減により、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いが高くなって、予混合燃焼領域の燃焼重心（第１噴射による燃焼の燃焼重心）がＴＤＣ（ピストンの圧縮上死点）に接近する場合は、主燃焼領域の着火時期をＴＤＣにする必要性は低くなるため、主燃焼を遅角（主噴射を遅角）する。このような主噴射の遅角を行うと、ＮＯｘ量を低減することができる。【００２３】
また、過給装置によって吸入空気量を減少させることにより、筒内の着火前圧力を低下させて予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを増大させようにしてもよい。【００２４】
このようにして、筒内の着火前圧力を低下させた際に、その筒内の着火前圧力の低減により、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いが高くなって、予混合燃焼領域の燃焼重心（第１噴射による燃焼の燃焼重心）がＴＤＣ（ピストンの圧縮上死点）に接近する場合は、主燃焼領域の着火時期をＴＤＣにする必要性は低くなるため、主燃焼を遅角（主噴射を遅角）する。このような主噴射の遅角を行うと、ＮＯｘ量を低減することができる。【００２５】
なお、この場合、吸気絞り弁（スロットルバルブ）によって吸入空気量を減少させて筒内の着火前圧力を低下させるようにしてもよいし、過給装置による吸入空気量の減少と、吸気絞り弁による吸入空気量の減少とを組み合わせて、筒内の着火前圧力を低下させるようにしてもよい。【００２６】
また、本発明において、ＥＧＲ量を多くすることで筒内酸素濃度を低減して予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを増大させる際に、その筒内酸素濃度の低減により、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いが高くなって、予混合燃焼領域の燃焼重心（第２噴射による燃焼の燃焼重心）がＴＤＣ（ピストンの圧縮上死点）に接近してしまい、予混合燃焼がＴＤＣまでに完結しない状況となる場合は、主燃焼の着火時期を固定する（ＴＤＣ着火に固定する）ために、予混合燃焼用噴射の第１噴射及び第２噴射を共に進角（予混合燃焼領域の全体を進角）することで、ＴＤＣまでに予混合燃焼領域の燃焼が完了できるようにする。【００２７】
また、本発明において、吸入空気量を減少させることにより筒内の着火前圧力を低下させて予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを増大させる際に、その筒内酸素濃度の低減により、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いが高くなって、予混合燃焼領域の燃焼重心（第２噴射による燃焼の燃焼重心）がＴＤＣ（ピストンの圧縮上死点）に接近してしまい、予混合燃焼がＴＤＣまでに完結しない状況となる場合は、主燃焼の着火時期を固定する（ＴＤＣ着火に固定する）ために、予混合燃焼用噴射の第１噴射及び第２噴射を共に進角（予混合燃焼領域の全体を進角）することで、ＴＤＣまでに予混合燃焼領域の燃焼が完了できるようにする。【００２８】
なお、上記燃焼重心とは、燃焼室内に噴射された燃料（例えば、予混合燃焼用の燃料噴射で噴射された燃料、拡散燃焼用の燃料噴射で噴射された燃料）が燃焼室内で燃焼する際に、その全ての燃料の燃焼が完了する完全燃焼状態を燃焼度合い「１００％」とした場合において、燃焼度合いが「５０％」に達したときをいう。言い換えると、燃焼室内での熱発生量の累積が、噴射された燃料の全量が燃焼した場合の熱発生量に対して「５０％」に達したときをいう。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、燃焼室内での燃焼形態を予混合燃焼領域と主燃焼領域とに分離して考え、その予混合燃焼領域を要求熱量で管理し、当該予混合燃焼領域の燃料噴射形態の調整により予混合燃焼領域の予混合度合い（予混合燃焼量）を連続的に変化させることが可能であるので、エンジン運転状態に応じた適正な燃焼形態を実現することができ、排気エミッションの改善、エンジントルク確保を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明を適用するエンジン及びその制御系統の概略構成図である。
【図２】ディーゼルエンジンの燃焼室及びその周辺部を示す断面図である。
【図３】ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】燃料噴射パターンを例示した図である。
【図５】予混合燃焼領域の第１噴射と第２噴射のそれぞれの燃料噴射量を示す図である。
【図６】燃料噴射パターンと、その燃料噴射パターンで得られる熱発生率波形及び発生熱量とを例示した図である。
【図７】燃料噴射パターンと、その燃料噴射パターンで得られる熱発生率波形及び発生熱量とを例示した図である。
【図８】予混合燃焼領域の要求熱量に応じて予混合燃焼領域の総燃料噴射量を設定するマップを示す図である。
【図９】エンジン回転数及びエンジントルクに応じて予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを設定するマップを示す図である。
【図１０】予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いに応じて予混合燃焼領域の第１噴射と第２噴射との燃料噴射量比率を設定するマップを示す図である。
【図１１】予混合燃焼領域の第１噴射の噴射開始時期の進角補正量を設定するマップ（ａ）と、第２噴射の噴射開始時期の進角補正量を設定するマップ（ｂ）とを併記して示す図である。
【図１２】筒内酸素濃度低減の際に主燃焼を遅角する場合の例を示す図である。
【図１３】筒内酸素濃度低減の際に予混合燃焼を進角する場合の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒（例えば直列４気筒）ディーゼルエンジン（圧縮自着火式内燃機関）に本発明を適用した場合について説明する。
【００３２】
−エンジンの構成−
まず、本発明を適用するディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）の一例について説明する。図１はエンジン１及びその制御系統の概略構成図である。また図２は、ディーゼルエンジンの燃焼室３及びその周辺部を示す断面図である。
【００３３】
図１に示すように、この例のエンジン１は、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系６、排気系７等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されている。
【００３４】
燃料供給系２は、サプライポンプ２１、コモンレール２２、インジェクタ（燃料噴射弁）２３、遮断弁２４、燃料添加弁２６、機関燃料通路２７、添加燃料通路２８等を備えて構成されている。
【００３５】
上記サプライポンプ２１は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路２７を介してコモンレール２２に供給する。コモンレール２２は、サプライポンプ２１から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２３に分配する。インジェクタ２３は、その内部に圧電素子（ピエゾ素子）を備え、適宜開弁して燃焼室３内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。このインジェクタ２３からの燃料噴射制御の詳細については後述する。
【００３６】
また、上記サプライポンプ２１は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路２８を介して燃料添加弁２６に供給する。添加燃料通路２８には、緊急時において添加燃料通路２８を遮断して燃料添加を停止するための上記遮断弁２４が備えられている。
【００３７】
また、上記燃料添加弁２６は、後述するＥＣＵ１００による添加制御動作によって排気系７への燃料添加量が目標添加量（排気Ａ／Ｆが目標Ａ／Ｆとなるような添加量）となるように、また、燃料添加タイミングが所定タイミングとなるように開弁時期が制御される電子制御式の開閉弁により構成されている。つまり、この燃料添加弁２６から所望の燃料が適宜のタイミングで排気系７（排気ポート７１から排気マニホールド７２）に噴射供給される構成となっている。
【００３８】
吸気系６は、シリンダヘッド１５（図２参照）に形成された吸気ポート１５ａに接続される吸気マニホールド６３を備え、この吸気マニホールド６３に、吸気通路を構成する吸気管６４が接続されている。また、この吸気通路には、上流側から順に、エアクリーナ６５、エアフローメータ４３、スロットルバルブ（吸気絞り弁）６２が配設されている。エアフローメータ４３は、エアクリーナ６５を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力するようになっている。
【００３９】
排気系７は、シリンダヘッド１５に形成された排気ポート７１に接続される排気マニホールド７２を備えており、この排気マニホールド７２に対して、排気通路を構成する排気管７３，７４が接続されている。また、この排気通路には、ＮＯｘ吸蔵触媒（ＮＳＲ触媒：ＮＯｘ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ触媒）７５、及び、ＤＰＮＲ触媒（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ触媒）７６を備えたマニバータ（排気浄化装置）７７が配設されている。以下、これらＮＳＲ触媒７５及びＤＰＮＲ触媒７６について説明する。
【００４０】
ＮＳＲ触媒７５は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であって、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を担体とし、この担体上に例えばカリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）のようなアルカリ土類、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）のような希土類と、白金（Ｐｔ）のような貴金属とが担持された構成となっている。
【００４１】
このＮＳＲ触媒７５は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低く、かつ還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ2もしくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ2やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによってさらに還元されてＮ2となる。また、ＨＣやＣＯは、ＮＯ2やＮＯを還元することで、自身は酸化されてＨ2ＯやＣＯ2となる。すなわち、ＮＳＲ触媒７５に導入される排気中の酸素濃度やＨＣ成分を適宜調整することにより、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化することができるようになっている。本実施形態のものでは、この排気中の酸素濃度やＨＣ成分の調整を、燃料添加弁２６からの燃料添加動作によって行うことが可能となっている。
【００４２】
一方、ＤＰＮＲ触媒７６は、例えば、多孔質セラミック構造体にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持させたものであり、排気ガス中のＰＭは多孔質の壁を通過する際に捕集される。また、排気ガスの空燃比がリーンの場合、排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵され、空燃比がリッチになると、吸蔵したＮＯｘは還元・放出される。さらに、ＤＰＮＲ触媒７６には、捕集したＰＭを酸化・燃焼する触媒（例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒）が担持されている。
【００４３】
ここで、ディーゼルエンジンの燃焼室３及びその周辺部の構成について、図２を用いて説明する。この図２に示すように、エンジン本体の一部を構成するシリンダブロック１１には、各気筒（４気筒）毎に円筒状のシリンダボア１２が形成されており、各シリンダボア１２の内部にはピストン１３が上下方向に摺動可能に収容されている。
【００４４】
ピストン１３の頂面１３ａの上側には上記燃焼室３が形成されている。つまり、この燃焼室３は、シリンダブロック１１の上部にガスケット１４を介して取り付けられたシリンダヘッド１５の下面と、シリンダボア１２の内壁面と、ピストン１３の頂面１３ａとにより区画形成されている。そして、ピストン１３の頂面１３ａの略中央部には、キャビティ（凹陥部）１３ｂが凹設されており、このキャビティ１３ｂも燃焼室３の一部を構成している。
【００４５】
なお、このキャビティ１３ｂの形状としては、その中央部分（シリンダ中心線Ｐ上）では凹陥寸法が小さく、外周側に向かうに従って凹陥寸法が大きくなっている。つまり、図２に示すように、ピストン１３が圧縮上死点付近にある際、このキャビティ１３ｂによって形成される燃焼室３としては、中央部分では比較的容積の小さい狭小空間とされ、外周側に向かって次第に空間が拡大される（拡大空間とされる）構成となっている。
【００４６】
上記ピストン１３は、コネクティングロッド１８の小端部１８ａがピストンピン１３ｃにより連結されており、このコネクティングロッド１８の大端部はエンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。これにより、シリンダボア１２内でのピストン１３の往復移動がコネクティングロッド１８を介してクランクシャフトに伝達され、このクランクシャフトが回転することでエンジン出力が得られるようになっている。また、燃焼室３に向けてグロープラグ１９が配設されている。このグロープラグ１９は、エンジン１の始動直前に電流が流されることにより赤熱し、これに燃料噴霧の一部が吹きつけられることで着火・燃焼が促進される始動補助装置として機能する。
【００４７】
上記シリンダヘッド１５には、燃焼室３へ空気を導入する吸気ポート１５ａと、燃焼室３から排気ガスを排出する上記排気ポート７１とがそれぞれ形成されているとともに、吸気ポート１５ａを開閉する吸気バルブ１６及び排気ポート７１を開閉する排気バルブ１７が配設されている。これら吸気バルブ１６及び排気バルブ１７はシリンダ中心線Ｐを挟んで対向配置されている。つまり、この例のエンジン１はクロスフロータイプとして構成されている。また、シリンダヘッド１５には、燃焼室３の内部へ直接的に燃料を噴射する上記インジェクタ２３が取り付けられている。このインジェクタ２３は、シリンダ中心線Ｐに沿う起立姿勢で燃焼室３の略中央上部に配設されており、上記コモンレール２２から導入される燃料を燃焼室３に向けて所定のタイミングで噴射するようになっている。
【００４８】
さらに、図１に示すように、このエンジン１には、過給機（ターボチャージャ）５が設けられている。このターボチャージャ５は、タービンシャフト５１を介して連結されたタービンホイール５２及びコンプレッサインペラ５３を備えている。コンプレッサインペラ５３は吸気管６４の内部に臨んで配置され、タービンホイール５２は排気管７３の内部に臨んで配置されている。このためターボチャージャ５は、タービンホイール５２が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサインペラ５３を回転させ、吸気圧を高めるといった所謂過給動作を行うようになっている。この例のターボチャージャ５は、可変ノズル式ターボチャージャ（ＶＮＴ）であって、タービンホイール５２側に可変ノズルベーン機構５４が設けられており、この可変ノズルベーン機構５４の開度（ＶＮ開度）を調整することによってエンジン１の過給圧を調整することができる。
【００４９】
吸気系６の吸気管６４には、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６１が設けられている。このインタークーラ６１よりも更に下流側に上記スロットルバルブ６２が設けられている。スロットルバルブ６２は、その開度を無段階に調整することができる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有している。
【００５０】
また、エンジン１には、吸気系６と排気系７とを接続する排気還流通路（ＥＧＲ通路）８が設けられている。このＥＧＲ通路８は、排気の一部を適宜吸気系６に還流させて燃焼室３へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ発生量を低減させるものである。また、このＥＧＲ通路８には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在に調整することができるＥＧＲバルブ８１と、ＥＧＲ通路８を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ８２とが設けられている。これらＥＧＲ通路８、ＥＧＲバルブ８１、ＥＧＲクーラ８２等によってＥＧＲ装置（排気還流装置）が構成されている。
【００５１】
−センサ類−
エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。
【００５２】
例えば、上記エアフローメータ４３は、吸気系６内のスロットルバルブ６２の上流において吸入空気の流量（吸入空気量）に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ４９は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ４８は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。Ａ／Ｆ（空燃比）センサ４４は、排気系７のマニバータ７７の下流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。排気温センサ４５は、同じく排気系７のマニバータ７７の下流において排気ガスの温度（排気温度）に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ４１はコモンレール２２内に蓄えられている燃料の圧力（以下、燃圧ともいう）に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ４２はスロットルバルブ６２の開度を検出する。
【００５３】
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図３に示すように、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３及びバックアップＲＡＭ１０４などを備えている。ＲＯＭ１０２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。バックアップＲＡＭ１０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
【００５４】
以上のＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３及びバックアップＲＡＭ１０４は、バス１０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース１０５及び出力インターフェース１０６と接続されている。
【００５５】
入力インターフェース１０５には、上記レール圧センサ４１、スロットル開度センサ４２、エアフローメータ４３、Ａ／Ｆセンサ４４、排気温センサ４５、吸気圧センサ４８、吸気温センサ４９が接続されている。さらに、この入力インターフェース１０５には、エンジン１の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ４６、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ４７、及び、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力するクランクポジションセンサ４０などが接続されている。
【００５６】
一方、出力インターフェース１０６には、上記インジェクタ２３、燃料添加弁２６、スロットルバルブ６２、可変ノズルベーン機構５４、及び、ＥＧＲバルブ８１などが接続されている。
【００５７】
そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの出力に基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。例えば、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２３の燃料噴射制御を実行する。このインジェクタ２３の燃料噴射制御として、本実施形態では、後述する予混合燃焼領域の燃料噴射（予混合噴射）及び主燃焼領域の燃料噴射（主噴射）が実行されるようになっている。
【００５８】
このような予混合燃焼領域の燃料噴射及び主燃焼領域の燃料噴射の総燃料噴射量は、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態や環境条件に応じて決定される要求トルクを得るために必要な燃料噴射量として設定される。例えば、エンジン回転数（クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数）が高いほど、また、アクセル操作量（アクセル開度センサ４７により検出されるアクセルペダルの踏み込み量）が大きいほど（アクセル開度が大きいほど）エンジン１のトルク要求値としては高く得られる。
【００５９】
そして、ＥＣＵ１００により実行されるプログラムによって本発明の内燃機関の燃焼制御装置（例えば噴射形態調整手段及び燃焼制御手段）が実現される。
【００６０】
−燃料噴射圧−
上記燃料噴射制御を実行する際の燃料噴射圧は、コモンレール２２の内圧により決定される。このコモンレール内圧として、一般に、コモンレール２２からインジェクタ２３へ供給される燃料圧力の目標値つまり目標レール圧は、エンジン負荷（機関負荷）が高くなるほど、及び、エンジン回転数（機関回転数）が高くなるほど高いものとされる。すなわち、エンジン負荷が高い場合には燃焼室３内に吸入される空気量が多いため、インジェクタ２３から燃焼室３内に向けて多量の燃料を噴射しなければならず、よってインジェクタ２３からの噴射圧力を高いものとする必要がある。また、エンジン回転数が高い場合には噴射可能な期間が短いため、単位時間当たりに噴射される燃料量を多くしなければならず、よってインジェクタ２３からの噴射圧力を高いものとする必要がある。このように、目標レール圧は一般にエンジン負荷及びエンジン回転数に基づいて設定される。
【００６１】
なお、この目標レール圧は例えば上記ＲＯＭ１０２に記憶された燃圧設定マップに従って設定される。つまり、この燃圧設定マップに従って燃料圧力を決定することで、インジェクタ２３の開弁期間（噴射率波形）が制御され、その開弁期間中における燃料噴射量を規定することが可能になる。
【００６２】
上記燃料噴射制御における燃料噴射パラメータについて、その最適値はエンジン１や吸入空気等の温度条件によって異なるものとなる。
【００６３】
例えば、上記ＥＣＵ１００は、コモンレール圧がエンジン運転状態に基づいて設定される目標レール圧と等しくなるように、つまり燃料噴射圧が目標噴射圧と一致するように、サプライポンプ２１の燃料吐出量を調量する。また、ＥＣＵ１００はエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量を決定する。具体的には、ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいてエンジン回転数（エンジン回転速度）を算出するとともに、アクセル開度センサ４７の検出値に基づいてアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を求め、このエンジン回転数及びアクセル開度等に基づいて総噴射量（後述する予混合噴射及び主噴射における総噴射量）を決定する。
【００６４】
−燃料噴射制御−
ディーゼルエンジン１においては、ＮＯｘ発生量及びスモーク発生量を削減することによる排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を連立することが重要である。これらの要求を連立するための手法として以下に述べるような燃料噴射制御（燃料噴射パターン調整）を見出した。その燃料噴射制御について具体的に説明する。
【００６５】
まず、本実施形態では、図４に示すように、燃焼室３内での燃焼を時系列で予混合燃焼領域及び主燃焼領域（拡散燃焼領域）に分類している。
【００６６】
予混合燃焼領域は自工程で燃焼が全て完了する燃焼領域と定義することとする。なお、予混合燃焼領域は、純粋な自着火燃焼であるために着火遅れが発生し、初期燃焼は必ず予混合燃焼となる領域である。また、主燃焼は、基本的に着火時期がＴＤＣである拡散燃焼と定義することとする。なお、後述するように主燃焼の着火時期はＴＤＣに対して遅角する場合もある。
【００６７】
上記予混合燃焼領域における燃料噴射を「予混合噴射」と呼び、上記主燃焼領域における燃料噴射を「主噴射」と呼ぶこととする。また、予混合噴射は２回に分割噴射可能となっており、その第１回目の予混合噴射（先の噴射）を「第１噴射」と呼び、第２回目の予混合噴射（前記第１噴射の後の噴射）を「第２噴射」と呼ぶこととする。この第１噴射は予混合成分噴射であり、また第２噴射は予熱成分噴射であってＴＤＣに近接した燃料噴射である。
【００６８】
そして、本実施形態の特徴は、予混合燃焼領域を要求熱量で管理し、その予混合燃焼領域の燃料噴射パターン（図４参照）を調整し、予混合燃焼領域の予混合燃焼量を連続的に変化させることで、エンジン運転状態に応じた適正な燃焼形態を実現して、排気エミッションの改善、エンジントルク確保を図る点にある。以下、この技術的思想について説明する。
【００６９】
まず、図４に示すように、予混合燃焼領域の要求熱量（≒燃料噴射量）を同じ（同一）として、予混合噴射の第１噴射と第２噴射との燃料噴射量比率を連続的に変化（第２噴射＝０％も含む）させることで、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合い（予混合燃焼量）を増加または減少させることができる。なお、「予混合燃焼度合い」とは、予混合燃焼領域中における全熱発生量に対する予混合燃焼の熱発生量の比率のことである。
【００７０】
具体的には、図４に示すように、予混合燃焼領域の第２噴射の燃料噴射量を小さくしていく（第２噴射の噴射開始時期の進角量を小さくしていく）とともに、第１噴射の噴射終了時期を同じとして、この第１噴射の噴射開始時期を進角して燃料噴射量を増加していくと、干渉冷却効果の増大により燃焼室内温度が低く抑えられるので、着火遅れが促進されて予混合燃焼領域の予混合度合いが増大していく。このようにして予混合燃焼領域の予混合度合いを増大させると、ＮＯｘ発生量及びスモーク発生量を抑制することができる。なお、噴霧干渉冷却とは、先行して噴射された燃料の噴霧が、後続して噴射された燃料の吸熱反応によって冷却される現象であって、後述するように燃料噴射量が多いほど噴霧干渉冷却効果が大きくなる。
【００７１】
逆に、図４に示すように、予混合噴射の第１噴射の燃料噴射量を小さくしていく（第１噴射の噴射開始時期の進角量を小さくしていく）とともに、第２噴射の噴射終了時期を同じとして、この第２噴射の噴射開始時期を進角して噴射量を増加していくと、第２噴射による燃焼形態が拡散燃焼に移行していくので、予混合燃焼領域において予熱機能とトルクアップとを実現することができる。
【００７２】
以上のように、予混合噴射の第１噴射と第２噴射との燃料噴射量比率を連続的に変化（第２噴射＝０％も含む）させることで、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合い（予混合燃焼量）を連続的に変化させることができる。これによって、エンジン運転状態（例えばエンジン回転数・負荷）に応じた適正な燃焼形態を実現することができ、排気エミッションの改善、エンジントルク確保を図ることができる。
【００７３】
以上の燃料噴射制御はＥＣＵ１００によって実行される。
【００７４】
−貫徹力について−
ここで、燃料噴射量と貫徹力との関係について説明する。上記インジェクタ２３では、噴射指令信号を受けて燃料噴射が開始されると、噴射孔を閉塞しているニードルが噴射孔から後退していくことで噴射孔の開口面積を次第に増大させていく。
【００７５】
そして、上記インジェクタ２３の噴射孔の開口面積は、その噴射孔から噴射される燃料（噴霧）の飛行距離に相関がある。すなわち、噴射孔の開口面積が小さい状態で燃料が噴射された場合には、この噴射孔から噴射される燃料の液滴の寸法も小さいため運動エネルギも小さく（貫徹力（ペネトレーション）が小さく）なっている。このため、この燃料の液滴の飛行距離も短い。一方、噴射孔の開口面積が大きい状態で燃料が噴射された場合には、噴射孔から噴射される燃料の液滴の寸法も大きいため運動エネルギも大きく（貫徹力（ペネトレーション）が大きく）なっている。このため、この燃料の液滴の飛行距離は長くなる。
【００７６】
このように、インジェクタ２３の噴射孔の開口面積と、その噴射孔から噴射される燃料（噴霧）の飛行距離とには相関があり、インジェクタ２３の開弁過程において噴射孔の開口面積が大きくなっていくにしたがって、噴射孔から噴射される燃料（液滴）の運動エネルギが大きくなっていき、先行して噴射された燃料よりも後続して噴射された燃料の飛行距離が長くなっていく。つまり、インジェクタ２３の開弁期間が長く設定されるほど（言い換えると、噴射１回当たりの噴射量が多く設定されるほど）、先行した噴射された噴霧中を、後続して噴射された燃料が通過する量が多くなる。よって、上記した予混合燃焼用噴射の第１噴射での噴射量が多く設定されるほど、先行して噴射された燃料の噴霧が、後続して噴射された燃料の吸熱反応によって冷却される度合いが高くなって上記した噴霧干渉冷却効果が大きくなる。
【００７７】
−予混合燃焼領域の燃料噴射パターンについて−
本実施形態では、上述の如く予混合噴射の第１噴射と第２噴射の燃料噴射量比率を連続的に変化（第２噴射＝０％も含む）させることで、予混合燃焼度合い（予混合燃焼量）を連続的に変化させる点に特徴がある。このような制御を実現するための燃料噴射パターンについて以下に具体的に説明する。
【００７８】
＜第１噴射と第２噴射の噴射開始時期及び噴射終了時期＞
まず、予混合噴射の第１噴射と第２噴射のそれぞれの噴射開始時期及び噴射終了時期について説明する。
【００７９】
図４に示すように、第２噴射の噴射終了時期は、ＴＤＣ（ピストン１３の圧縮上死点）に近接したタイミング（クランク角度）に固定する。ここで、第２噴射による燃焼が拡散燃焼であることを前提とすれば、第２噴射による燃焼の「着火遅れ最小」と定義することが可能であり、着火遅れが最小であれば、第２噴射の噴射終了時期で燃焼終了時期は一義的に決まるため、第２噴射の噴射終了時期を固定して噴射開始時期を進角すれば、予混合燃焼領域の終了時期までに要求熱量（≒予混合燃焼領域の燃料噴射量）を供給することが可能であり、このような点を考慮して第２噴射の噴射終了時期を固定する。この第２噴射の燃料噴射量を増加する場合は噴射開始時期を進角し、逆に、第２噴射の燃料噴射量を減少する場合は噴射開始時期を遅角する。
【００８０】
第１噴射については、第２噴射による燃焼の着火時期を固定化させるための最小予混合燃焼を実現できるタイミング（クランク角度）に噴射終了時期を固定し、この第１噴射の燃料噴射量を増加する場合は噴射開始時期を進角し、逆に、第１噴射の燃料噴射量を減少する場合は噴射開始時期を遅角する。
【００８１】
＜第１噴射と第２噴射との燃料噴射量比率＞
本実施形態では、予混合燃焼領域を要求熱量（要求熱エネルギ）で管理するので、その要求熱量つまり予混合燃焼領域の燃料噴射量を同じとして（燃料噴射量を変更せずに）、予混合噴射の第１噴射と第２噴射との燃料噴射量比率のみを調整することで、予混合燃焼領域の燃料噴射パターンを設定して燃料噴射を行う。
【００８２】
具体的には、例えば、図５に示すように、第１噴射と第２噴射との総燃料噴射量を６ｍｍ3とし、予混合燃焼領域の目標燃焼形態を最小予混合燃焼とする場合は、燃料噴射量比率［第１噴射：第２噴射］を［２ｍｍ3：４ｍｍ3］とする。また、目標燃焼形態を小中予混合燃焼とする場合は燃料噴射量比率［第１噴射：第２噴射］を［３ｍｍ3：３ｍｍ3］とし、目標燃焼形態を中小予混合燃焼とする場合は燃料噴射量比率［第１噴射：第２噴射］を［４ｍｍ3：２ｍｍ3］とする。そして、目標燃焼形態を最大予混合燃焼とする場合は燃料噴射量比率［第１噴射：第２噴射］を［６ｍｍ3：０ｍｍ3］とする。
【００８３】
＜燃料噴射パターン＞
（１）図６（ａ）に、予混合燃焼領域の燃焼形態を上記最小予混合燃焼とする燃料噴射パターン及び主噴射の燃料噴射パターンを示す。図６（ａ）にはそれら燃料噴射パターンによって得られる熱発生率波形及び発生熱量（要求熱量）を併記している。
【００８４】
この図６（ａ）に示す燃焼形態では、第２噴射の燃料噴射による燃焼の大部分が拡散燃焼となっており、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを低く設定することができる。例えば、予混合燃焼度合い（比率）を２０〜６０％に設定することができる。なお、この図６（ａ）において、第１噴射の噴射開始時期に対する燃焼重心の遅れを「基準着火遅れ」としている。
【００８５】
（２）図６（ｂ）に、予混合燃焼領域の燃焼形態を上記小中予混合燃焼とする燃料噴射パターン及び主噴射の燃料噴射パターンを示す。図６（ｂ）にはそれら燃料噴射パターンによって得られる熱発生率波形及び発生熱量（要求熱量）を併記している。
【００８６】
この図６（ｂ）に示す予混合噴射の燃料噴射パターンでは、上記図６（ａ）の予混合噴射の燃料噴射パターンに対して第１噴射の燃焼噴射量を増量し、第２噴射の燃焼噴射量を減量している。これにより、図６（ｂ）のものは、図６（ａ）の燃焼形態と比べて、第１噴射の着火遅れが増加して予混合燃焼領域における予混合燃焼度合いが高くなっている。この図６（ｂ）の燃料噴射パターンでは、予混合燃焼度合い（比率）を例えば３０〜７０％に設定することができる。
【００８７】
（３）図７（ａ）に、予混合燃焼領域の燃焼形態を上記中小予混合燃焼とする燃料噴射パターン及び主噴射の燃料噴射パターンを示す。図７（ａ）にはそれら燃料噴射パターンによって得られる熱発生率波形及び発生熱量（要求熱量）を併記している。
【００８８】
この図７（ａ）に示す予混合噴射の燃料噴射パターンでは、上記した図６（ｂ）の予混合噴射の燃料噴射パターンに対して第１噴射の燃焼噴射量を増量し、第２噴射の燃焼噴射量を減量している。これにより、図７（ａ）のものは、図６（ｂ）の燃焼形態と比べて、第１噴射の着火遅れが増加して予混合燃焼領域における予混合燃焼度合いが高くなっている。この図７（ａ）の燃料噴射パターンでは、予混合燃焼度合い（比率）を例えば４０〜８０％に設定することができる。
【００８９】
（４）図７（ｂ）に、予混合燃焼領域の燃焼形態を上記最大予混合燃焼とする燃料噴射パターン及び主噴射の燃料噴射パターンを示す。図７（ｂ）にはそれら燃料噴射パターンによって得られる熱発生率波形及び発生熱量（要求熱量）を併記している。
【００９０】
この図７（ｂ）に示す燃料噴射パターンでは、第１噴射の燃料噴射量を予混合燃焼領域の総噴射量（６ｍｍ3）とし、第２噴射を「０」としているので、第１噴射の着火遅れが最大となり予混合燃焼度合いが最大となる。この図７（ｂ）の燃料噴射パターンでは、予混合燃焼度合い（比率）を例えば５０〜１００％に設定することができる。
【００９１】
以上のように、第１噴射及び第２噴射の総噴射量は同一とし、第１噴射の燃料噴射量を大きくしていくとともに、第２噴射の燃料噴射量を小さくしていくことによって予混合燃焼領域の予混合燃焼度合い（予混合燃焼量）を連続的に増大させることができる。逆に、第１噴射の燃料噴射量を小さくしていくとともに、第２噴射の燃料噴射量を大きくしていくことによって予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを連続的に減少（予混合燃焼領域の拡散燃焼度合いを連続的に増大）させることができる。
【００９２】
−具体的な制御手順−
次に、上述の如く予混合燃焼領域の燃料噴射パターン（予混合燃焼領域の第１噴射と第２噴射との燃料噴射量比率）を調整してインジェクタ２３からの燃料噴射を実行する場合の具体的な制御手順について説明する。なお、以下に説明する処理はＥＣＵ１００において実行される。
【００９３】
まず、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温、吸入空気温度等の運転状態や環境条件に応じて総要求熱量（総燃料噴射量）を公知のマップ等を参照して決定する。その総要求熱量のうち、上記予混合燃焼領域の要求熱量を決定する。この予混合燃焼領域の要求熱量は、エンジン運転状態を予熱重視とするか、エンジントルク重視とするかによって可変に設定する。ただし、予混合燃焼領域の要求熱量を大きくし過ぎると予混合燃焼をＴＤＣ（ピストン１３の圧縮上死点）までに完了できなくなる点、及び、予混合燃焼領域における第１噴射の進角量には制限がある点などを考慮すると、予混合燃焼領域の要求熱量については上限ガードで制限しておく必要がある。
【００９４】
（Ｓ１）上記予混合燃焼領域の要求熱量に基づいて、図８に示すマップを参照して予混合燃焼領域の総噴射量（第１噴射＋第２噴射）を求める。
【００９５】
図８のマップは要求熱量をパラメータとして実験・シミュレーション等によって予混合燃焼領域の総噴射量を適合した値をマップ化したものであって、例えばＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２に格納されている。図８のマップにおいては、要求熱量が高いほど、予混合燃焼領域の総燃料噴射量が多くなるように設定されている。
【００９６】
（Ｓ２）エンジン回転数及び要求トルクに基づいて図９に示すマップを参照して予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを求める。
【００９７】
図９のマップは、エンジン回転数及びエンジントルクをパラメータとして、予め実験・シミュレーション等によって予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを経験的に適合した値をマップ化したものであって、例えばＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２に格納されている。図９のマップにおいては、エンジン回転数が低いほど、また、要求トルクが低いほど、予混合燃焼領域の予混合度合いが大きくなるように設定されている。
【００９８】
（Ｓ３）上記した（Ｓ２）の処理で求めた予混合燃焼領域の予混合度合いを用いて、図１０のマップを参照して、第１噴射と第２噴射との燃料噴射量比率を求める。この燃料噴射量比率と上記（Ｓ１）の処理で求めた予混合燃焼領域の総燃料噴射量とを用い、その総燃料噴射量に燃料噴射量比率を乗算して、第１噴射の燃料噴射量及び第２噴射の燃料噴射量をそれぞれ求める。
【００９９】
なお、図１０に示す燃料噴射量比率マップは、予混合度合いをパラメータとして第１噴射と第２噴射との燃料噴射量比率を、予め実験・シミュレーション等によって適合した値をマップ化したものであって、上記ＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２内に格納されている。この図１０のマップにおいて、予混合燃焼度合いが大きくなるほど（予混合度合いが１００％に近い側になるほど）、第１噴射の燃料噴射量の比率が高くなる（第２噴射の燃料噴射量が「０」の場合も含む）ように設定されている。なお、図１０のマップでは、予混合燃焼領域の総噴射量を「１」として、第１噴射の燃料噴射量と第２噴射の燃料噴射量との比率が設定されている。
【０１００】
（Ｓ４）上記した（Ｓ３）の処理で求めた第１噴射の燃料噴射量、及び、第２噴射の燃料噴射量を用いて、図１１（ａ）及び（ｂ）に示すマップを参照して、第１噴射の噴射開始時期の進角補正量、及び、第２噴射の噴射開始時期の進角補正量をそれぞれ求める。そして、その第１噴射の噴射開始時期の進角補正量、及び、第２噴射の噴射開始時期の進角補正量に基づいて、図４に示すような予混合燃焼領域の燃料噴射パターンを決定して、インジェクタ２３からの燃料噴射を実行する。
【０１０１】
なお、図１１（ａ）に示す第１噴射の進角補正量マップ、及び、図１１（ｂ）に示す第２噴射の進角補正量マップは、それぞれ、予め実験やシミュレーション等により作成されて上記ＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２内に格納されている。
【０１０２】
以上の制御手順により、例えばエンジン回転数が比較的高い状況であってエンジントルク重視の燃焼状態にする場合は、予混合噴射の第１噴射の燃料噴射量を小さくするとともに、第２噴射の燃料噴射量を大きくした燃料噴射パターン、例えば図６（ａ）に示す燃料噴射パターンを設定することで、予混合燃焼領域における予混合燃焼度合いを減少（予混合燃焼領域における拡散燃焼度合いを増大）させることができる。これにより、予混合燃焼領域において予熱機能とトルクアップを実現することができ、エンジントルクを十分に確保することができる。
【０１０３】
一方、例えばエンジン回転数が比較的低い状況であってエミッションの低減を重視する燃焼状態にする場合は、予混合噴射の第１噴射の燃料噴射量を大きくするとともに、第２噴射の燃料噴射量を小さく（第２噴射の燃料噴射量が「０」の場合も含む）した燃料噴射パターン、例えば図７（ｂ）に示す燃料噴射パターンを設定することで、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを最大とすることができる。これによってＮＯｘ発生量及びスモーク発生量を抑制することができる。
【０１０４】
このように、本実施形態では、エンジン運転状態に応じて予混合燃焼領域の第１噴射と第２噴射との燃料噴射量比率を調整することで、予混合燃焼領域の燃焼形態（予混合燃焼度合い）を連続的に変化させることが可能であり、これによってエンジン運転状態に応じた適正な燃焼形態を実現することができ、排気エミッションの改善、エンジントルクの十分な確保といった各要求に応えることができる。
【０１０５】
ここで、本実施形態において、予混合燃焼領域の要求熱量は可変に設定することが可能であり、エンジン運転状態を予熱重視とする場合は、予混合燃焼領域の要求熱量（燃料噴射量）を多くするとともに、主燃焼量の要求熱量（燃料噴射量）を少なくする。逆に、エンジン運転状態をトルク重視とする場合は、予混合燃焼領域の要求熱量（燃料噴射量）を小さくするとともに、主燃焼量の要求熱量（燃料噴射量）を多くする。
【０１０６】
なお、主噴射の燃料噴射パターンについては同一であってもよいし、主噴射の燃料噴射パターンを調整可能とし、エンジン運転状態に応じて主噴射の燃料噴射量（燃料噴射期間）を増減できるように構成してもよい。
【０１０７】
−他の制御パラメータについて−
本実施形態において、インジェクタ２３から噴射される燃料の燃料噴射パターンを固定した状態で、燃料噴射前の筒内ガス状態を調整することにより、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを増大させるようにしてもよい。
【０１０８】
具体的には、上記ＥＧＲバルブ８１の開度を大きくし、ＥＧＲ量を多くすることで筒内酸素濃度を低減して予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを増大させる。このようにして筒内酸素濃度を低減した際に、その筒内酸素濃度の低減により、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いが高くなって、図１２に示すように、予混合燃焼領域の燃焼重心（第１噴射による燃焼の燃焼重心（熱発生率ピーク））がＴＤＣ（ピストン１３の圧縮上死点）に接近する場合は、主燃焼領域の着火時期をＴＤＣにする必要性は低くなるため、主燃焼を遅角（主噴射を遅角）する。このような主燃焼（拡散燃焼）の遅角を行うと、ＮＯｘ量を低減することができる。
【０１０９】
また、ＥＧＲ量を多くすることで、筒内酸素濃度を低減して予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを増大させる際に、その筒内酸素濃度の低減により、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いが高くなって、図１３に示すように、予混合燃焼領域の燃焼重心（第２噴射による燃焼の燃焼重心（熱発生率ピーク））がＴＤＣ（ピストン１３の圧縮上死点）に接近してしまい、予混合燃焼がＴＤＣまでに完結しない状況となる場合は、主燃焼の着火時期を固定する（ＴＤＣ着火に固定する）ために、予混合燃焼用噴射の第１噴射及び第２噴射を共に進角（予混合燃焼領域の全体を進角）することで、ＴＤＣまでに予混合燃焼領域の燃焼が完了できるようにする。ただし、第１噴射を進角し過ぎると未燃ＨＣ（炭化水素）が増加するので、これを抑止するために第１噴射の進角量をガード値にて制限する必要がある。
【０１１０】
なお、予混合噴射を進角する場合に、第１噴射のみを進角すると、第２噴射による燃焼が拡散燃焼となってしまいスモークが発生する場合があるので、上述の如く第１噴射及び第２噴射を共に進角する必要がある。
【０１１１】
また、燃料噴射前の筒内ガス状態を設定するパラメータである筒内の着火前圧力を低減することで、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを増大させるようにしてもよい。具体的には、上記ターボチャージャ５の可変ノズルベーン機構５４に備えられているノズルベーンの開度（ＶＮ開度）を操作して吸入空気量を小さくすることで、筒内の着火前圧力を低減して予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを増大させるようにしてもよい。また、上記スロットルバルブ（吸気絞り弁）６２を絞って吸入空気量を減少させ、筒内の着火前圧力を低減することで、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを増大させるようにしてもよい。さらに、これらターボチャージャ５による吸入空気量の減少と、スロットルバルブ６２による吸入空気量の減少とを組み合わせて、筒内の着火前圧力を低下させるように構成してもよい。
【０１１２】
そして、このようにして筒内の着火前圧力を低下させることにより、予混合燃焼領域の予混合燃焼度合いを増大させる場合においても、上述した如く、予混合燃焼領域の燃焼重心（第１噴射による燃焼の燃焼重心）がＴＤＣに接近する場合は、主燃焼を遅角（主噴射を遅角）して拡散燃焼のＮＯｘ量を低減する。
【０１１３】
また、予混合燃焼領域の燃焼重心（第２噴射による燃焼の燃焼重心）がＴＤＣに接近してしまい、予混合燃焼がＴＤＣまでに完結しない状況となる場合は、主燃焼の着火時期を固定する（ＴＤＣ着火に固定する）ために、予混合燃焼用噴射の第１噴射及び第２噴射を共に進角（予混合燃焼領域の全体を進角）する。
【０１１４】
−他の実施形態−
以上の例では、コモンレール式筒内直噴型多気筒（４気筒）ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、例えば６気筒ディーゼルエンジンなど他の任意の気筒数のディーゼルエンジンにも適用可能である。また、本発明が適用可能なエンジンは、自動車用のエンジンに限るものではない。
【０１１５】
以上の例では、通電期間においてのみ全開の開弁状態となることにより燃料噴射率を変更するピエゾインジェクタ２３を適用したエンジン１について説明したが、本発明は、可変噴射率インジェクタを適用したエンジンへの適用も可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明は、ディーゼルエンジンに代表される圧縮自着火式の内燃機関の燃焼制御に利用可能であり、さらに詳しくは、燃焼室内における予混合燃焼の燃焼形態を適切に制御する場合に有効に利用することができる。
【符号の説明】
【０１１７】
１  エンジン（内燃機関）
３  燃焼室（気筒）
２３  インジェクタ（燃料噴射弁）
２３ａ  インジェクタ噴射圧センサ
５  ターボチャージャ
６  吸気系
５４  可変ノズルベーン機構
６２  スロットルバルブ
７  排気系
８  ＥＧＲ通路
８１  ＥＧＲバルブ
１００  ＥＣＵ
【図１】
2011118030.tif 000003
【図２】
2011118030.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2011118030.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年9月4日(2012.9.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁から噴射された燃料が、「予混合燃焼」及びこの「予混合燃焼」の後に開始される「主燃焼」により燃焼室内で燃焼する圧縮自着火式内燃機関の燃焼制御装置において、
前記予混合燃焼領域における燃料噴射として第１噴射と第２噴射とが実行可能であり、前記第１噴射と第２噴射との燃料噴射量比率を変化させることにより、前記予混合燃焼領域の予混合燃焼量を増減することが可能な噴射形態調整手段を備え、
前記予混合燃焼領域の要求熱量は同一として、当該内燃機関の運転状態に応じて、前記第１噴射と第２噴射との燃料噴射量比率を求めて当該第１噴射の燃料噴射量と第２噴射の燃料噴射量とを調整することによって前記予混合燃焼領域の予混合燃焼量を連続的に増減するように構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
前記第１噴射の燃料噴射量を大きくしていくとともに、前記第２噴射の燃料噴射量を小さくしていくことによって、前記予混合燃焼領域の予混合燃焼量を増大するように構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
前記第１噴射の燃料噴射量を小さくしていくとともに、前記第２噴射の燃料噴射量を大きくしていくことによって、前記予混合燃焼領域の予混合燃焼量を減少するように構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
前記第１噴射の噴射終了時期及び第２噴射の噴射終了時期をそれぞれ固定し、前記第１噴射の噴射開始時期及び第２噴射の噴射開始時期をそれぞれ調整することにより、当該第１噴射及び第２噴射のそれぞれの燃料噴射量を設定することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
筒内の酸素濃度を調整可能な酸素濃度調整手段を備え、前記筒内酸素濃度を低減した際に、前記予混合燃焼領域の燃焼重心がピストンの圧縮上死点に近接する場合は、前記主燃焼領域の燃料噴射を遅角することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
筒内の着火前圧力を調整可能な圧力調整手段を備え、前記筒内の着火前圧力を低下させた際に、前記予混合燃焼領域の燃焼重心がピストンの圧縮上死点に近接する場合は、前記主燃焼領域の燃料噴射を遅角することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
筒内の酸素濃度を調整可能な酸素濃度調整手段を備え、前記筒内酸素濃度を低減した際に、前記予混合燃焼領内で当該予混合燃焼が完結しない場合は、前記第１噴射及び第２噴射を進角することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
筒内の着火前圧力を調整可能な圧力調整手段を備え、前記筒内の着火前圧力を低下させた際に、前記予混合燃焼領内で当該予混合燃焼が完結しない場合は、前記第１噴射及び第２噴射を進角することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項９】
請求項５または７記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
前記酸素濃度調整手段は、前記内燃機関の排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流装置であって、この排気還流装置によって排気ガスの吸気系への還流量を増大させることにより、前記筒内酸素濃度を低下させるように構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項１０】
請求項６または８記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
前記圧力調整手段は、吸気系において吸入空気を過給する過給装置であって、この過給装置によって吸入空気量を減少させることにより、筒内の着火前圧力を低下させるように構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項１１】
請求項６または８記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
前記圧力調整手段は、吸気系において吸入空気量を調整する吸気絞り弁であって、この吸気絞り弁によって吸入空気量を減少させることにより、筒内の着火前圧力を低下させるように構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項１２】
請求項１０または１１記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
前記過給装置及び吸気絞り弁を備え、前記過給装置による吸入空気量の減少と、前記吸気絞り弁による吸入空気量の減少とを組み合わせて、筒内の着火前圧力を低下させるように構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
−解決手段−
具体的に、本発明は、燃料噴射弁から噴射された燃料が、「予混合燃焼」及びこの「予混合燃焼」の後に開始される「主燃焼」により燃焼室内で燃焼する圧縮自着火式の内燃機関の燃焼制御装置を前提としており、このような内燃機関の燃焼制御装置において、予混合燃焼領域における燃料噴射として第１噴射と第２噴射とが実行可能であり、前記第１噴射と第２噴射との燃料噴射量比率を変化させることにより、前記予混合燃焼領域の予混合燃焼量を増減することが可能な噴射形態調整手段を備えている。そして、前記予混合燃焼領域の要求熱量は同一として、当該内燃機関の運転状態に応じて、前記第１噴射と第２噴射との燃料噴射量比率を求めて当該第１噴射の燃料噴射量と第２噴射の燃料噴射量とを調整することによって前記予混合燃焼領域の予混合燃焼量を連続的に増減するように構成されていることを技術的特徴としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
この特定事項により、予混合燃焼領域の燃料噴射形態（燃料噴射パターン）のみをパラメータとして、その燃料噴射パターンを調整すること、つまり第１噴射と第２噴射との燃料噴射量比率を、内燃機関の運転状態（エンジン運転状態）に応じて変化させることで、予混合燃焼領域の予混合燃焼量（予混合燃焼度合い）を増減することが可能となり、燃焼室内の燃焼状態を連続的に調整することができる。
【国際調査報告】
2011118030.tif 000016
2011118030.tif 000017
2011118030.tif 000018
2011118030.tif 000019